仿生多孔翼型后缘自噪声数值研究

采用大涡模拟(LES)和声比拟(AA)结合的方法,在低马赫数条件下,对SD7003多孔翼型自噪声声场进行计算,研究多孔材料在不同来流迎角下对翼型自噪声远场声压的影响规律,并阐述噪声的影响机理。结果表明:LES与AA相结合的方法能够较为准确地计算多孔翼型的边界层特征以及远场声压,且数值模拟结果与实验结果非常吻合。来流迎角为0°时,多孔翼型整体声压级随着渗透率的减小先减小后增大,渗透率为5×10^(-11)m^(2)时多孔材料的降噪效果最佳。多孔翼型整体声压级随着迎角的增大而增大,但多孔材料的降噪效果随着迎角的增大而减小。多孔材料的存在能够有效地削弱翼型表面的大尺度相干结构,使得翼型表面的RMS压强脉动峰值减小,从而抑制翼型远场噪声。

基于SST全湍流伴随的尾桨翼型优化方法

为解决当前翼型优化中广泛使用的冻结湍流黏性假设存在的固有缺陷和基于Spalart-Allmaras(S-A)全湍流伴随中湍流模型对气动力计算精度较差的问题,提出一套新的翼型优化方法,其耦合了全湍流连续伴随求解、剪切应力传递(SST)湍流模型封闭的雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程、自由变形参数化方法和动网格变形技术。基于所提方法,在气动力系数相较于S-A模型有更高捕捉精度的基础上,对NPL9615翼型以最大升阻比为优化目标,并与冻结湍流黏性假设方法对比。结果表明:所提方法将原有翼型的升阻比提高了16.39%,而冻结湍流黏性假设方法获得最终翼型的升阻比仅提高了原有翼型的9.84%,说明所提方法在最优外形的获取上要领先于冻结湍流黏性假设,并且当翼型周围的湍流动能显著提高时,其优势愈发扩大。

龙落尾式泄洪洞泄流数值反馈与掺气设施布置优化

为验证和优化涔天河水库扩建工程#1泄洪洞“龙落尾”布置方案,首先建立#1泄洪洞泄流数值计算模型,然后根据室内试验翼型掺气坎后的空腔回水结果反馈数值计算模型的合理性,进而基于水力安全和经济综合原则定义了掺气坎体型的优化目标函数,最后利用反馈数值计算模型研究#1泄洪洞掺气设施优化布置。研究表明,采用结构化矩形网格的FAVOR方法、VOF方法、RNGκ-ε湍流模型及精细网格的数值模型进行模拟,其计算结果与室内试验结果在空腔长度和空腔形态上的规律较为接近;#1泄洪洞翼型坎挑坎角度α和坎后底坡坡率θ最优值分别为10%、20%。

直升机尾桨叶翼型段疲劳试验技术研究

目的 提升尾桨叶翼型段疲劳试验安装和调试速率,加快考核出尾桨叶翼型段疲劳性能和疲劳寿命。方法 通过标定出尾桨叶翼型段挥舞与摆振标定系数和预扭角,分析出一种通过理论计算出安装攻角的方法,利用理论计算出的攻角指导实际安装攻角,调整攻角值到实际加载满足试验要求的载荷值,在尾桨叶翼型段安装和调试完成后进行了疲劳试验。结果 4件尾桨叶翼型段理论计算攻角值与实际安装攻角进行对比,安装攻角理论值与实际值偏差范围在1.5°以内,并且4件尾桨叶翼型段疲劳试验载荷分布误差小于4%,疲劳性能满足6000飞行小时的疲劳寿命要求。结论 尾桨叶翼型疲劳试验中,理论计算攻角值具有加快估算安装攻角的意义,提升疲劳试验效率,试验调试载荷分布基本一致。经过尾桨叶翼型段疲劳试验验证后,试验件疲劳性能良好且稳定,为后续科研试验转入鉴定试验提供了基础。

翼型后缘平板影响的风洞实验研究

给出了在翼型后缘加不同尺寸和形状的平板对翼型升阻特性和力矩特性的影响。实验是在西北工业大学翼型研究中心的NF-3风洞中进行的。实验雷诺数为3×106。实验结果表明，在翼型后缘加平板对翼型的气动特性有明显影响，在使用中，可根据不同的要求研制不同形状的平板来改变其气动特性，以满足使用要求。

大粒径过冷水溢流结冰的翼型气动影响分析

大粒径过冷水滴超出了适航条例25部附录C的范围,撞击在机翼表面后可形成溢流脊状冰,危害飞行安全,但目前对于溢流结冰的气动性能影响尚未研究清楚。采用结合雷诺应力模型的数值方法,计算了NACA23012m的溢流结冰翼型的最大升力系数和失速迎角,与Lee的实验结果符合较好,证明了该方法可用于分析溢流结冰翼型引发的流场分离。针对溢流冰脊对不同翼型影响程度差别较大的特点,对大型客机机翼超临界翼型及平尾翼型上的溢流积冰气动力进行计算,得到结论:超临界翼型在受到溢流冰脊影响时提前发生气动分离,气动性能大幅下降;平尾翼型受溢流冰脊影响较小,在大迎角下流动分离区减小。研究内容对大型客机的设计与适航审定具有一定指导意义。

水平轴水轮机叶片翼尾弯角对水动力性能的影响研究

为了研究水轮机叶片翼尾弯角变化对水动力性能的影响机理,使用翼型X-foil设计软件对NACA0014翼型进行弯角变形,得到上弯5°、10°和下弯5°、10°、15°五种变形翼型,并通过CFD仿真计算得到不同翼型的各个参数对比情况,最后进行了样机实验,验证所得结论的准确性。结果表明:下弯15°翼型升力增幅达到72%;翼尾下弯可使翼型上下表面压差显著增加,翼尾每下弯5°,压差可增加0.25左右;随着下弯程度增加,流场出现分离现象,翼型失速临界攻角降低,更易失速;翼尾上弯使得变形翼型在升阻力和失速性方面均比原始翼型变差。该研究较清楚地揭示了叶片翼尾弯角对水轮机水动力性能的影响机理,为叶片设计与优化提供了翼型层面上的参考。

前缘缝翼构型平尾直升机气动特性分析

使用数值模拟方法研究了前缘缝翼翼型气动特性,并将该前缘缝翼翼型应用于直升机平尾,分析了该直升机全机气动特性,最后通过风洞试验对数值模拟结果进行验证。结果表明,前缘缝翼构型平尾能有效改善直升机的纵向静稳定性。

可控尾靶设计

针对海上石油地震勘探过程中,船体转弯时拖缆尾靶之间容易发生缠绕的问题,提出可控尾靶设计方案,利用固定在系统支撑架上的声学装置对电缆尾部位置进行实时监测,通过微处理器控制传动机构实现舵攻角的变化,实现电缆尾部位置的调节,使各可控尾靶之间的距离达到设定目标距离,避免尾部电缆发生缠绕。

某直升机尾桨叶翼型段疲劳试验挥舞弯矩载荷分布研究

为研究挥舞弯矩载荷分布关系,对尾桨叶翼型段进行贴片和标定,标定完成后进行尾桨叶翼型段安装和调试,得到挥舞和摆振弯矩分布;通过对挥舞弯矩分布的研究,得到弯矩分布拟合函数。基于拟合函数判定挥舞载荷弯矩偏差的大小,以保证后续尾桨叶翼型段疲劳试验正确性。

尾翼翼型对系留气球影响分析

系留气球的球体一般由球身和尾翼组成,尾翼可以增加系留气球在有风情况下的稳定性,进而保证其安全系留。针对尾翼翼型对系留气球的影响,对四种不同尾翼翼型的系留气球进行仿真分析,讨论了翼型厚度和翼型弯度对系留气球升力、阻力和俯仰力矩的影响,进而为系留气球尾翼翼型的选取提供参考。

侧风下孤立尾桨的气动特性和抗侧风优化

尾桨涡环严重危害了直升机飞行安全,为探讨涡环对桨盘附近诱导速度场的影响和解释桨叶拉力非定常脉动的原因,构建了一套基于非定常雷诺平均Navier-Stokes方程的尾桨涡环数值计算方法,并结合叶素动量理论和圆线涡环模型进行气动分析。同时,为解决当前翼型优化中广泛使用的冻结湍流黏性假设存在的固有缺陷,建立了一套全湍流连续伴随的翼型优化框架,获得的翼型用于尾桨设计以提高尾桨抗侧风能力。结果表明,桨盘附近诱导速度场对侧风入流速度十分敏感,在典型涡环状态下,14.65 m/s侧风导致涡环的涡强增大且不断改变,引发翼剖面的有效攻角随桨盘附近风速动态减小,进而尾桨拉力下降至原有的58.5%并伴有高频脉动。全湍流连续伴随在最优外形的获取上则要领先于冻结湍流黏性假设,最佳翼型获得的尾桨相较于原始尾桨的拉力提高了10.9%,悬停效率提高了3.9%,扩大了尾桨进入涡环的临界侧风速度。